葡萄酒淚與馬蘭戈尼效應

飲用葡萄酒時，人們常常會搖晃酒杯，這時葡萄酒液總會“掛壁”，即在杯壁上面形成一條條液柱，沿著杯壁緩緩地向下滑落，看上去仿佛在流淚，因此被法國人稱為葡萄酒淚。關于葡萄酒淚的形成，其實還藏著一個神奇的物理學效應。

1865年，意大利物理學家卡羅·馬蘭戈尼在觀察葡萄酒在高腳杯中的“掛壁”現象時發現，酒精的揮發使杯壁上殘余液體中水的占比升高，表面張力隨之增強。與此相對的，杯中酒液的酒精含量變高，表面張力變弱，二者之間形成了“表面張力梯度”。在這一梯度的作用下，液體被從表面張力較弱的區域拉向表面張力較強的區域，源源不斷的酒液抵達“掛壁”頂端后復又滾落，便形成了葡萄酒淚。

葡萄酒淚現象揭示了一種與重力無關的自然對流現象，即在表面張力梯度的驅動下，兩種流體之間會產生對流。這在流體力學領域轟動一時，很快便被以馬蘭戈尼的名字命名，有了如今人們廣為熟知的馬蘭戈尼效應。

聽起來或許有些復雜，但馬蘭戈尼效應在日常生活中其實極為常見。

在飲茶時，茶湯與“掛壁”的葡萄酒淚一樣，被從表面張力較弱的區域拉向表面張力較強的區域，結合蒸發現象，茶湯所攜帶的顆粒物質在杯壁產生環形沉積，便形成了難以洗凈的“茶漬”。這是由不同溶質所產生的表面張力差異造成的。

當人們向滾燙的熱水中倒入冷水，熱水的表面張力更弱，表面張力梯度拉動熱水上行，熱水竟然會“逆流而上”。這是不同溫度所產生的表面張力差異。

如今，有關馬蘭戈尼效應的研究已經延伸到了熱力學、材料科學等領域，研究人員正依托跨學科研究，推動與其相關的技術飛速發展。

以噴墨打印機為例，馬蘭戈尼效應的存在使墨水在紙上蒸發留下不均勻的墨跡，導致印刷品模糊不清。因此，研究人員通過調整溶液黏度、控制干燥溫度等手段，改良墨水配方，減少液滴內部的毛細流動，減緩溶質向邊緣的遷移速度，從而改善噴墨打印沉積薄膜厚度的均勻性，獲得更清晰、美觀的打印效果。提到“改善薄膜厚度的均勻性”，你能否聯想到更多？比如，有機場效晶體管（OFET）。

有機場效晶體管是一種利用有機半導體材料作為信道的場效應晶體管，在中學物理中常作為知識外延被提及。它以輕質、柔性等優勢特性，被視作有機柔性電子器件的優質組件，成為航空航天電子系統、生物醫學儀器及各類傳感器的核心組成部分。而它的制備又離不開一項關鍵技術——溶液處理成膜。因此，研究人員通過改變溶質顆粒形狀，使用表面活性劑等方法，調節馬蘭戈尼效應以增強薄膜均勻度，從而優化器件的遷移率和閾值電壓，使它功耗更低、壽命更長、可靠性更強，顯著增強了在太空環境及極端條件下的穩定性，同時降低了生產成本。這一應用，對于推動有機電子學和半導體技術及航空航天裝備制造領域的發展具有重要意義。

從一滴活躍的水珠，到噴墨打印機的迭代與升級。從在杯壁上“流連忘返”的葡萄酒淚，到半導體技術的演進創新……馬蘭戈尼效應的運用場景其實還有很多。這些看似風馬牛不相及的原理和技術，在人類智慧的催化下被巧妙地串聯起來，一次又一次地在世界大舞臺上綻放出耀眼的光芒，同時提醒著我們，那些足以撼動世界的偉大發現，往往就潛藏在我們的身邊。